Hodowanie mini-mózgów z komórek macierzystych

Hodowane razem indywidualne neurony spontanicznie tworzyły sieci i trójwymiarowe struktury tkankowe, układając się w warstwy podobne do warstw widzianych w ludzkiej korze mózgowej. Była tam zarówno indywidualna aktywność komórek, jak zsynchronizowana aktywność sieci komórek.  

Wynikiem nie jest mózg i dlatego jest to nazywane organoidem (często mówi się o tym ”mini-mózg”, ale to jest technicznie mniej poprawne). Pokazuje to wewnętrzne właściwości ludzkich neuronów mózgowych do spontanicznego tworzenia struktury tkankowej oraz sieci neuronowych, które są funkcjonalne. Zasadniczo, te komórki próbują same zorganizować się w mózg. Nie mogą jednak w pełni tego zrobić, ponieważ brakuje ogromnej części – wkładu zmysłów i sprzężenia zwrotnego od danych wyjściowych.

Ludzki mózg, także mózg niemowlęcia, zawiera o rzędy wielkości więcej informacji niż jest zawarta we wszystkich genach, które biorą udział w funkcjach neurologicznych. Geny nie są rysunkiem technicznym dla mózgu. Geny są raczej zestawem instrukcji, zachowań, które pozwalają na rozwój w pełni ukształtowanego mózgu. Ten rozwój wymaga jednak więcej informacji – informacji przychodzących z pozostałych części ciała. Ten proces trwa po urodzeniu, kiedy niemowlęta rozwijają wzrok, słuch, zdolność poruszania się, z czasem zdolność chodzenia, socjalizację i język. Jeśli są pozbawione stymulacji w tych dziedzinach, właściwa część mózgu nie rozwinie się.

Rozwijające się sieci neuronowe szukają informacji – ich funkcja polega zarówno na połączeniu z czymś (inną częścią mózgu lub wkładem od zmysłów), co przynosi im informację. Następnie w jakiś sposób przetwarzają tę informację i wysyłają ją do kolejnego ogniwa w łańcuchu. W ten sposób istnieją nieustannie nakładające się na siebie sieci, które przyswajają zarówno dane wejściowe, jak sprzężenie zwrotne z danych wyjściowych, co funkcjonuje jako kolejne dane wejściowe. Mózg mówi do ciała, ciało mówi do mózgu i mózg mówi do siebie w ciągłym procesie, który doświadczamy jako świadomość.

Co więc dzieje się z grudką tkanki neuronowej i sieciami w kadzi? Nic. Nie może zrobić niczego, bo nie ma danych wejściowych ani wyjściowych. Mówi tylko do siebie o niczym. Nie ma żadnej szansy na to, by takie organoidy stały się w jakikolwiek sposób  świadome. Jaki więc z nich pożytek?

Choć nie są funkcjonującymi mózgami, są tkanką mózgową i dlatego mogą potencjalnie być używane do badań mózgu. Już dowiadujemy się czegoś o tym, do czego zdolne są neurony i o ich wewnętrznym potencjale rozwojowym. Badacze mogą być w stanie dostarczyć pewnej czuciowej stymulacji, żeby zobaczyć, jak reagują sieci neuronowe. Może nawet być możliwe kontrolowanie rozwoju i funkcji tych sieci – może tworzenie biologicznych kalkulatorów. Oczywiście, im dalej idziemy tą drogą, tym bliżej dochodzimy do „mózgu w kadzi”, a więc do problemów etycznych.   

Tymczasem badacze mogą potencjalnie użyć organoidów do badań nad lekami. Są biologicznie funkcjonującymi komórkami mózgowymi, a więc mogą być użytecznym modelem do badań przedklinicznych. Na przykład, leki mogą podnosić lub zmniejszać aktywność sieci lub zmieniać liczbę połączeń. To wydaje mi się łatwo dostępne – testowanie in-vitro przed testowaniem na zwierzętach. Bardziej skomplikowane byłoby używanie organoidów jako modeli chorób. Może jednak dowiemy się czegoś o pewnych chorobowych stanach przez odtwarzanie aspektów tych chorób w organoidach.

Ponadto, choć nie jest to wspomniane w samym artkule, jest możliwe, że wiedza, jaką zdobywamy z badania tych spontanicznych sieci neuronowych, może pomóc w tworzeniu sztucznych sieci neuronowych w kolejnej generacji komputerów, włącznie z tymi, które mogą pewnego dnia tworzyć podstawę sztucznej inteligencji ogólnej. Im więcej wiemy o tym, jak takie sieci tworzą się spontanicznie i jak adaptują do danych wejściowych i wyjściowych w celu stworzenia specyficznej funkcji, tym lepiej będziemy w stanie odtworzyć to ze sztucznymi neuronami.

Na tym etapie nie ma żadnych problemów etycznych, ponieważ nie jesteśmy nigdzie w pobliżu świadomości. Łatwo jednak zobaczyć, jak szybko możemy tam dojść. Dziwaczna jest sama myśl o tkance mózgowej w kadzi, ponieważ, jak sądzę, w sposób naturalny niezbyt dobrze czujemy się z samą koncepcją, że nasza świadomość jest rezultatem grudy tkankowej przesuwającej wokół jony. Rozbija to iluzję, do której wyewoluowały nasze mózgi, bardzo przekonującą i trwałą iluzję – a mianowicie, że rzeczywistość, jaką postrzegamy jest realna, nie zaś że jest skonstruowaną reprezentacją. Ta wewnętrzna reprezentacja ma silny związek z fizyczną rzeczywistością, ale nie jest tym samym i stosunek między nimi może załamać się z wielu powodów (co daje nam dziwaczne zerknięcia za neurologiczną zasłonę).  

Zredukowanie tego wszystkiego do aktywności komórkowej, którą możemy oglądać na szalce Petriego, po prostu bije nas w twarz tą rzeczywistością. Oczywiście, uważam, że najlepiej jest po prostu zaakceptować to i w pełni zrozumieć naszą prawdziwą naturę, zamiast uparcie trwać w metafizycznej iluzji.  

Making Mini-Brains from Stem Cells

2 lipca 2019

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska